domingo, 17 de septiembre de 2017

Poquito a poquito vamos desvelando la complejidad de las plantas

La combinación de la genética y la proteómica nos descubre que las plantas son mucho más complejas de lo que pensábamos. 
Todos los días vemos, olemos y comemos unos seres vivos a los cuales apenas les damos importancia, pero que son vitales para nuestra existencia: las plantas. Pero a pesar de su importancia para nuestra vida y para la de muchos seres vivos más, apenas conocemos cómo funcionan. No sabemos por qué crecen de la multitud de formas qué lo hacen, la facilidad que tienen para adaptarse a todos los ambientes del planeta, ni siquiera conocemos todos sus componentes moleculares.
Con el objetivo de conocer un poco más sobre cómo funcionan las plantas, un grupo de científicos franceses, italianos y uno español (concretamente yo 😃 ) hemos realizado una investigación que publicamos la semana pasada en la prestigiosa revista Scientific reports. El artículo completo lo pueden ver en este link.
En esta investigación hemos combinado técnicas transcriptómicas y proteómicas para identificar los mecanismos que ocurren en una planta (desde las hojas hasta las raíces) cuando ésta es atacada por una bacteria que provoca una enfermedad.

En la imagen superior podemos ver la imagen del artículo publicado donde se pueden ver algunas de las rutas estudiadas.

¿Cómo lo hemos hecho?

En primer lugar sembramos varias semillas de trigo en condiciones controladas para que todas estuvieran en las mismas condiciones exactamente. Una vez  que ya eran adultas, a la mitad de ellas las infectamos con una bacteria llamada Xanthomonas translucens, que provoca una enfermedad muy importante en cereales (en inglés llamada  bacterial leaf streak (BLS)), dejando a la otra mitad como control para poder comparar. A las 24 horas recogí las hojas y las raíces de todas las plantas.
Todas estas muestras las analizamos con dos técnicas distintas, RNAseq (con el que podemos ver todos los genes que se expresan en los tejidos analizados) y Espectrometría de masas (con el que vemos la mayoría de las proteínas que existen en estos mismos tejidos).
Resumen sobre cómo tratamos las plantas

Una vez pudimos visualizar todos los genes y proteínas que estaban actuando en las hojas y raíces de las plantas atacadas por la enfermedad y en las sanas, utilizamos herramientas bioinformáticas para comparar toda esta masiva cantidad de datos y transformarlo en “rutas metabólicas” que nos dijeran que está pasando en la planta cuando es atacada por un patógeno.

Conclusiones:

Gracias a esta masiva cantidad de datos (estamos hablando de miles de genes y proteínas) pudimos llegar a muchas conclusiones, entre las cuales me gustaría destacar las siguientes:
-El ataque de la bacteria provoca una inmensa cantidad de respuestas moleculares en la planta, que intenta defenderse.
-Llama la atención que los cloroplastos es uno de los campos de batalla más estratégicos, digamos que es “la fuente de energía” de la planta, la bacteria lo sabe, y por eso ahí es donde la ataca especialmente.
-La bacteria altera el balance hormonal de la planta al atacarla.
-Las raíces reaccionan ante el ataque en las hojas, intentando ayudar desviando recursos.

Como conclusión final quiero destacar que esta investigación me parece fundamental porque nos ayuda a tener una visión global de lo que ocurre en una planta cuando es atacada por una enfermedad (y no solamente porque yo haya hecho una gran parte, ¡je, je!😎). 

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lunes, 14 de agosto de 2017

Un arroz multi-nutrientes para luchar contra la malnutrición en el mundo desarrollado

Cerca de la mitad de la población mundial tiene como base alimentaria el arroz (si no como única fuente de calorías). Pero el problema que tiene este alimento tan importante es su deficiencia en algunos de los micronutrientes esenciales para el correcto desarrollo de los humanos. La falta de estos micronutrientes, como el hierro, el zinc o la vitamina A, son un problema muy importante en muchas zonas del planeta, especialmente en Asia. Concretamente, la deficiencia en hierro afecta a dos mil millones de personas en todo el mundo y la deficiencia de vitamina A afecta a 250 millones de personas, entre los cuales entre 250.000 y 500.000 de niños sufren ceguera causada por esta deficiencia (la mitad de ellos mueren al año de perder la vista).
En un intento de ayudar a solucionar este dramático problema, científicos del ETH de Zúrich han conseguido desarrollar un arroz que tiene estos tres elementos (vitamina A, hierro y zinc) tan importantes para la alimentación. Los detalles del trabajo publicado en la prestigiosa revista Scientific Reports los podéis leer completo en el siguiente enlace , aunque aquí os lo explico someramente.

¿Cómo lo han hecho?

Han podido introducir en el mismo locus (zona del genoma de la planta) una serie de genes que le “ordenan” a la planta que produzca estos nutrientes y que estén en el grano, para que sea asimilable por la persona que consuma ese grano.
Concretamente, los genes introducidos han sido:
  • Nicotianamina sintasa 1 (AtNAS1) procedente de Arabidopsis (una planta de la cual hemos hablado ya varias veces en este blog, como en este artículo o en este otro). Este gen cataliza la síntesis de Nicotianamina, que es un precursor de Ácido deoximugénico (DMA), un quelante de zinc y hierro. Es decir, hace que el hierro y el zinc esté “asimilable” tanto para la planta como para las personas.
  • Ferritina (PvFERRITIN), procedente de judía. Este gen produce una proteína que puede almacenar una gran cantidad de hierro.
  • Caroteno desaturasa (CRTI), procedente de una bacteria y Fitoeno sintasa (ZmPSY), procedente de Maíz. Estos dos genes consiguen hacer que la planta produzca β-caroteno, un precursor de la vitamina A. Cuando ingerimos β -caroteno, éste es transformado a Vitamina A en la mucosa del intestino delgado, y ésta es almacenada principalmente en el hígado en forma de éster de retinol.

Aunque no es la primera vez que se introduce un gen que mejora el contenido en un nutriente de un alimento, sí que es la primera vez que se consigue introducir genes que mejoran el contenido en tres micronutrientes en un mismo locus. Esto supone una mejora en la selección de cultivos, así como en las interacciones entre estos nutrientes, que en muchos casos son sinérgicos.

Conclusiones.

Partiendo del hecho que la solución del hambre y la malnutrición en el mundo nunca va a partir de una herramienta única. La biotecnología se presenta como una de estas herramientas que puede ayudar a combatir esta vergüenza de nuestra generación. Concretamente de nuestra generación porque, aunque siempre ha habido hambre en el mundo, somos la primera generación de la historia de la humanidad que tenemos la capacidad, tanto económica como tecnológica, para hacerla desaparecer.
Esta variedad de arroz es una de las herramientas, que si la sociedad y las leyes se lo permitieran, podría ayudar de gran manera a combatir la malnutrición mundial (repito, sin ser la solución definitiva, sino parte de la solución).
Aunque esto es muy difícil, ya se ha podido ver como ejemplo el caso del arroz dorado o el tomate morado de mi amiga Cathie Martin, que, aunque se desarrollaron hace 15 años, aún están paralizados con problemas regulatorios.
Imagen de arroz dorado frente a uno normal (Imagen de International Rice Research Institute (IRRI))
Pero es muy fácil prohibir estos cultivos modificados genéticamente desde una sociedad que tenemos el problema contrario, la obesidad (según la Organización Mundial de la Salud, la obesidad provoca 2,8 millones de muertes a año).


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lunes, 7 de agosto de 2017

La combinación de compuestos naturales y bacterias: clave para la prevención de la gripe

El virus de la gripe provoca anualmente de 3 a 5 millones de casos de enfermedad grave y entre unas 250.000 a 500.000 muertes (según datos de la Organización Mundial de la Salud), y aún seguimos sin saber exactamente como curarla ni prevenirla. Pero puede pasar muchas veces que la solución a nuestros problemas esté delante de nuestras narices, es más, puede que esté dentro de nosotros. Concretamente, esta solución puede estar en nuestros intestinos, en los microorganismos que estos lo habitan y en la forma que los/nos alimentamos.
Científicos estadounidenses y rusos han descubierto una nueva solución para prevenir el virus de la gripe. Acaban de publicar en la revista Science (que puedes ver completo en este enlace). Ésta se basa en la combinación entre microorganismos y su asimilación de unos elementos naturales llamados flavonoides.


¿Cómo lo han hecho?

Desde hace muchos años se sabe que los microorganismos que habitan nuestro cuerpo son una parte fundamental de nosotros mismos, incluso algunos científicos los consideran nuestro “segundo genoma”. Estos microorganismos nos ayudan a digerir los alimentos, de hecho, cuando habéis viajado alguna vez a otro país seguro que habéis sufrido la alteración de esta “flora intestinal” en continuas visitas al servicio ;) . Pero más recientemente se ha descubierto que además la alteración de estos microorganismos influye de forma directa en muchas otras enfermedades como enfermedades neurodegenerativas o inflamatorias como la enfermedad de Crohn.
Por otra parte, desde hace varios años se ha visto que los flavonoides tienen efectos muy beneficiosos para la salud. Estos flavonoides son un tipo de moléculas presentes en frutas y verduras, especialmente en los frutos rojos, te o brócoli (incluso en el vino tinto). De hecho, yo mismo he trabajado en una investigación sobre los efectos beneficiosos de extractos de frutos rojos en la prevención de la obesidad, que podéis leer en este enlace.
El problema es que no se conoce aún el mecanismo exacto de acción ni de los microorganismos ni de los flavonoides en la salud. Es decir, se sabe que los flavonoides son buenos para la salud, y que los microorganismos también, pero no se sabe por qué. Para ayudar a solucionarlo, estos investigadores estudiaron qué microorganismos de nuestro intestino eran capaces de asimilar (“comerse”) los flavonoides. Concretamente identificaron a uno, Clostridium orbiscindens, que es capaz de “comerse” los flavonoides y producir Desaminotirosina (de ahora en adelante lo llamaremos DAT), un tipo de interferón (los interfeones son un tipo de proteína señalizadora capaz de luchar contra los virus).
Estos investigadores probaron el DAT en ratas en las cuales inyectaron el virus de la gripe, comprobando que estas tenían mucho menos daño por gripe que las ratas control. Además observaron que las ratas tenían la misma cantidad de virus, es decir, que el DAT no ataca al virus, sino que evita que éste haga daño a través de la activación del sistema inmunológico del animal.

Conclusiones.

Aunque esta investigación necesita comprobarse en humanos, abre grandes esperanzas para que comprobemos la importancia de los microorganismos en nuestro cuerpo y la importancia de una alimentación saludable rica en frutas y verduras.
Por lo tanto, en este verano, aprovechad para tomar muchos flavonoides en forma de frutas y verduras, y también ¿por qué no? un poco de vino tinto, con la excusa de que es bueno para la salud (como todo, en pequeñas dosis ;) )

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lunes, 31 de julio de 2017

Plantas parásitas que “no son tan malas”

Las plantas parásitas son aquellas que se “enganchan” a otras plantas, les absorben los nutrientes y pueden llegar a acabar por matar a su víctima. De hecho, ya hablamos de este tipo de plantas en el artículo “Plantas parásitas que "roban" genes”.
Concretamente, la Cuscuta es un género de plantas parásitas que se agarran a su víctima para extraer agua y nutrientes.Varias plantas pueden ser parasitadas a la vez por una o varias  cuscutas, formando grandes “redes”. A través de estas conexiones se pueden transferir otras moléculas, como metabolitos, proteínas y mRNA, además de facilitar el contagio de virus.
Pero parece que no todo son problemas, también estas redes de parásitos tienen sus beneficios. Un grupo de científicos alemanes y chinos acaban de publicar en la importante revista PNAS el trabajo donde han descubierto que estas redes “parásito-hospedador” son capaces de avisar al resto de las plantas de un ataque de insectos. Es decir, cuando una planta de esta red es atacada por un insecto, se transmiten una serie de señales moleculares (a más de un metro de distancia) que avisan al resto de plantas para que “movilicen sus defensas” y de esta forma se puedan defender del ataque.


¿Cómo lo han hecho?

En el laboratorio crecieron plantas parásitas (de la especie Cuscuta australis) y plantas de soja (Glycine max). Las crecieron tan cerca que la cuscuta parasitó a la soja. Una vez establecido el sistema "planta-parásito", dejaron que la oruga Spodoptera litura atacara a la soja. Entonces tomaron muestras de hoja de la planta parasitada y la no parasitada, y de planta atacada y no atacada por la oruga. Estas muestras fueron analizadas mediante RNAseq (técnica de la que ya hemos hablado en el blog) y pudieron visualizar los genes que se “activaban” y “desactivaban”.
Gracias a esto pudieron ver cómo reaccionaban las plantas a este ataque, incluyendo todas sus rutas metabólicas.
Además repitieron estas pruebas con otras plantas como Arabidoposis y plantas de tabaco (dos plantas modelo utilizadas frecuentemente en ciencia), para ver si ocurría con más tipos de plantas. Y efectivamente, en menos de 30 minutos toda la red de plantas parasitadas eran avisadas del ataque del insecto, pudiendo disparar sus defensas. De hecho, observaron que las plantas que eran “avisadas” se defendían un 20% mejor que las que estaban fuera de la red y no podían ser avisadas.

Conclusiones.

Este trabajo nos muestra una forma muy curiosa en que un teórico parásito puede llegar a ser un aliado, pero no es el primer caso que ocurre algo así. Se ha observado que mujeres parasitadas con un tipo de helminto (gusano parásito) aumenta su fertilidad o que reduce fenómenos de autoinmunidad y alergias en humanos.
Es decir, que no todo es malo o bueno, sino que, a veces, hay que mirar dos veces antes de sacar conclusiones tajantes sobre si “algo o alguien” es tan malo como parece.

La imagen de la Cuscuta invadiendo varias plantas es por cortesía de Scot Nelson

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viernes, 21 de julio de 2017

El problema de los nemátodos parásitos, más cerca de solucionarse en los cultivos

Aunque muchos no lo sepan, las plantas también tienen gusanos parásitos. Concretamente se les llama nemátodos y son microscópicos. De hecho, los nématodos son uno de los problemas más importantes de la agricultura hoy en día. Suponen unas pérdidas multimillonarias para la agricultura a nivel mundial. Estos “gusanitos” se meten en las raíces de las plantas, y empiezan a reproducirse, manipulando el genoma de las plantas para hacerlas que produzcan grandes tumores en su raíces (como se puede ver en la imagen de más abajo) y así poder alimentarse y vivir en estos tumores. Estos grandes tumores son muy perjudiciales para la planta ya que impide a ésta poder extraer del suelo el agua y los compuestos nutritivos, matándola pasado un tiempo.
Investigadores españoles y japoneses acaban de publicar un artículo en la importante revista Frontiers in Plant Science donde cuentan los grandes descubrimientos que han hecho para avanzar en la lucha contra esta amenaza de los cultivos.


¿Cómo lo han hecho?

En primer lugar se preguntaron cómo es posible que estos pequeños gusanos consigan hacer crecer unos tumores tan grandes en tantos tipos de plantas a lo largo de todo el planeta. Concretamente se centraron en uno de los nemátodos más importantes, llamado Meloidogyne incognita y en la planta Arabidopsis thaliana, una “mala hierba” de la que ya hemos hablado a lo largo del blog muchas veces, porque es una de las plantas modelo más utilizadas entre los investigadores de plantas, por su genoma tan sencillo, su tamaño y la facilidad para reproducirse.
Imagen de raíces de planta de tomate atacadas por el nemátodo (Imagen por Scot Nelson (Creative Commons).

Infectaron varias plantas con el nemátodo y analizaron las células de la raíz de la planta infectada durante varias fases con varias pruebas moleculares y por microscopía. Además hicieron una secuenciación de los genes que se expresaban en la planta mediante la técnica de RNA seq (de la cual ya hemos hablado en otros artículos del blog) comparado con el control. Además tiñeron con un tinte especial las raíces de la planta, para poder diferenciar qué células eran modificadas por el parásito durante el crecimiento del tumor.
Con todas estas pruebas pudieron ver que el parásito modifica el desarrollo de las raíces de las plantas a través de los genes de las células madres vegetales de los tejidos vasculares de la planta (es decir, lo equivalente a las células de nuestras venas y arterias en las plantas). Esto lo hace para poder alimentarse de la planta y así poder reproducirse, para poder ir atacando a otras plantas del entorno.

Conclusiones

Esta investigación es muy importante para la lucha contra este tipo de nemátodos en la agricultura, porque ha conseguido descubrir qué genes son los que manipula el nemátodo en la planta. Esto se podrá utilizar en el futuro para que se desarrollen plantas que tengan estos genes modificados y así estos gusanitos tan fastidiosos no puedan parasitar la planta.

La imagen del nemátodo al microscopio electrónico ha sido realizada por William Wergin and Richard Sayre. Colorized by Stephen Ausmus. U.S. Department of Agriculture (Wikipedia Commons).
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jueves, 13 de julio de 2017

Descubiertos microbios que ayudan a que podamos seguir comiendo chocolate

Todos los que somos adictos al chocolate sabemos lo que sufriríamos si algún día desaparece de nuestras vidas, o si hubiera alguna plaga que destruyera una gran parte de las plantas de cacao y transformara el chocolate en un artículo de lujo que solo algunos afortunados pudieran comer.
Por eso hay muchos científicos trabajando constantemente en mejorar el árbol del cacao y en sus técnicas agrícolas para evitar que esto pase. Una de las mayores amenazas de todos los cultivos del mundo son los microorganismos patógenos.
Una de las formas de luchar contra estas enfermedades de las plantas, de forma respetuosa con el medio ambiente, acaba de ser demostrada en el árbol del cacao y acaba de ser publicada en la prestigiosa revista “Proceedings of the Royal Society B” (el artículo original lo puede ver en este enlace).


¿Cómo lo hicieron?

Cada vez está más reconocido que los microorganismos que tenemos a nuestro alrededor afectan al resto de los seres vivos del planeta (de otros planetas aún no lo sabemos), desde las plantas hasta los humanos. Esta interacción afecta a los seres vivos tanto para mal (provocando enfermedades) como para bien (protegiéndonos de enfermedades, ayudándonos a ingerir nutrientes, a luchar contra el estrés, etc.).
Entre estos microorganismos están los hongos endofíticos, hongos que habitan dentro de las propias plantas de forma que existe una simbiosis. La planta le da un lugar a los hongos para vivir y algo de alimento, y el hongo le aporta defensas contra otros hongos además de nutrientes.
Con esta base, lo que hicieron un grupo de científicos estadounidenses y panameños fue utilizar estos hongos beneficiosos para proteger a plantas de cacao de enfermedades.
En primer lugar seleccionaron el suelo de hojas muertas de bosques donde las plantas estuvieran saludables (sospechando que ahí habitaban hongos “buenos” que protegían a las plantas de los hongos “malos”).
Este suelo se lo aplicaron a pequeñas plantas de cacao y las expusieron a una enfermedad. ¡Y descubrieron que resisten las enfermedades mucho mejor que las control!
Una vez que vieron que "algo" este “suelo de hojas muertas” protegía al cacao, estudiaron qué es lo que tiene este suelo de especial. Gracias a una serie de análisis bioquímicos y genéticos descubrieron que había un microorganismo protector lo que preotegía a las plantas, concretamente un hongo llamado Colletotrichum tropicale.
Aislando este microorganismo y aplicándolo por sí solo a las plantas de cacao, comprobaron que este microorganismo era el que protegía de algunas enfermedades provocadas por hongos, concretamente de un hongo llamado Phytophthora palmivora.

Conclusiones.

Este es otro ejemplo del potencial que tienen los microorganismos beneficiosos para la agricultura. Es una forma natural y totalmente sostenible medioambientalmente de proteger los cultivos sin necesidad de utilizar los peligrosos agroquímicos. 


La imagen de la Phytophthora es autoría de Supattra Intavimolsri Department of Agriculture, Thailand (Wikipedia Commons)

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martes, 4 de julio de 2017

El éxito de las bacterias como alternativa a los fertilizantes sintéticos también depende de las plantas

Introducción

La intensificación sostenible de la agricultura quiere proporcionar seguridad alimentaria a una población mundial creciente y al mismo tiempo reducir los efectos negativos medioambientales de la agricultura. Para conseguirlo, es necesario desarrollar nuevas estrategias que permitan aumentar la eficiencia de los cultivos en la utilización de recursos (nutrientes, agua, suelo…) manteniendo los rendimientos actuales. 

De forma natural encontramos en el suelo gran variedad de microorganismos capaces de interaccionar con las plantas y estimular su crecimiento. Entre ellos, encontramos las bacterias promotoras del crecimiento vegetal o PGPB (del inglés Plant Growth Promoting Bacteria) que pueden vivir en el interior, la superficie y/o alrededores de las raíces de las plantas proporcionándoles una mejor nutrición mineral, regulando su crecimiento y/o disminuyendo los efectos de otros microorganismos perjudiciales. 

Como en los animales (y humanos), las hormonas controlan y regulan el funcionamiento de las plantas. Entre ellas, el etileno participa en diversos procesos. El papel más conocido del etileno es su influencia en la maduración de los frutos, dando lugar a varios cambios, como el paso de color verde a rojo, de sabor de ácido a dulce y/o de textura dura a blanda. Sin embargo, el etileno está involucrado en otros procesos durante el crecimiento de la planta como la respuesta a los cambios ambientales (sequía, inundación, deficiencias en nutrientes en el suelo…) y la interacción con microorganismos (defensa frente a patógenos y establecimiento de relaciones beneficiosas).

La utilización de dichas bacterias supone una buena estrategia para reducir e incluso reemplazar los fertilizantes sintéticos en la agricultura. Por eso, entender cómo las bacterias interaccionan con las plantas y promueven su crecimiento es esencial para utilizarlas de manera adecuada y efectiva a gran escala en los sistemas de agricultura integrada. Para investigar más en el tema, en la Estación Experimental del Zaidín (Granada, España) hemos publicado un artículo en la prestigiosa revista Annals of Botany en el cual estudiamos cómo afectan las hormonas de la planta, en concreto el etileno, en su relación con los microorganismos beneficiosos que le rodean.

¿Cómo lo hicimos?

Se realizo el experimento con plantas de tomate “normales” o sensibles al etileno y plantas completamente iguales pero insensibles a etileno debido a una mutación en una proteína receptora. Se utilizaron dos bacterias aisladas de suelos áridos del sur de España (Bacillus megaterium o Enterobacter sp.) y se inocularon en las raíces de plantas de tomate de diez días de vida. Además, se utilizaron también plantas sin bacterias como control de los experimentos. 

Después de la cosecha se analizó el crecimiento secando y pesando las plantas. Además, se estudió el contenido en nutrientes minerales, varias hormonas y metabolitos de las plantas para observar los efectos que producen las bacterias viviendo en las raíces de las plantas.
En este estudio se vio que Bacillus megaterium solamente era capaz de promover el crecimiento de las plantas de tomate si eran sensibles a etileno después de dos meses de crecimiento, mientras que Enterobacter sp. aumentaba el crecimiento en plantas sensibles e insensibles a etileno. Además, las bacterias modificaban los niveles de metabolitos de la raíz en las plantas juveniles produciendo B.megaterium mayores cambios en los niveles de azúcares y Enterobacter sp.  en los niveles de amino ácidos. 

Conclusiones

En este estudio se ha demostrado que la sensibilidad a etileno es esencial para que la bacteria beneficiosa Bacillus megaterium pueda ejercer sus efectos positivos sobre el crecimiento de las plantas. Sin embargo, la mutación que produce la insensibilidad a etileno no afectaría a la bacteria Enterobacter sp.
El autor de este artículo es Pablo Ibort

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miércoles, 28 de junio de 2017

¿Cómo buscar información científica que ayude al diagnóstico de casos médicos?

Una inmensa cantidad de imágenes es producida diariamente en los hospitales derivadas del diagnóstico a través de técnicas de imagen. Muchas de estas imágenes son distribuidas a través de la literatura científica, sumamente valiosas para la práctica clínica rutinaria, para la investigación y para la educación. Sin embargo, para el personal sanitario no es fácil encontrar la información deseada entre la enorme cantidad de datos disponibles y el tiempo limitado del que disponen. Por tanto es necesario gestionar y recuperar documentos/imágenes de manera efectiva y eficiente. Los sistemas de recuperación de información son herramientas muy útiles para proporcionar acceso a la literatura biomédica relacionada con las necesidades de los profesionales sanitarios, quienes asiduamente usan estos sistemas que benefician la toma de decisiones y la atención al paciente. La mayoría de los métodos existentes utilizan búsqueda mediante texto y no aprovechan toda la información visual contenida en las imágenes.

Como resultado de mi tesis doctoral y el trabajo con el equipo de la Universidad de Ciencias Aplicadas de la Suiza Occidental (HES-SO, del francés Haute École spécialisée de Suisse occidentale) publicamos este trabajo en la revista Journal of the Association for Information Science and Technology. Este artículo se ocupa de los mecanismos de búsqueda capaces de aprovechar conjuntamente la información médica textual y visual. Como resultado se ha desarrollado la herramienta llamada Shangri-La (se puede encontrar una demo en aquí).


Este breve video muestra un ejemplo de cómo realizar una búsqueda utilizando Shangri-La.

¿Cómo lo hemos hecho?

En primer lugar necesitamos extraer información de las imágenes y del texto. Primero, para obtener información de las imágenes se utilizan descriptores que extraen características como el color, la textura o la forma. 

Hay información que puede ser extraída directamente de las imágenes. Las flechas representan el centro, la escala y la orientación de los puntos claves detectados en la imagen.
En segundo lugar se extrae información del texto, mediante la búsqueda, localización y clasificación de elementos del texto y se buscan relaciones entre ellas empleando el conocimiento previo del dominio o de otras frases. Por último se utilizan estrategias de fusión para integrar la información visual y textual. Sin embargo, esta es una tarea difícil, ya que las características visuales no siempre contienen suficiente información para ayudar en la búsqueda de información. Esta trabajo define un criterio para la fusión adaptable a la consulta, que muestra cuándo los descriptores visuales son apropiadas para ser fusionadas con el texto. Este criterio se basa en la sinonimia entre la información textual y las características visuales. 
Además en este trabajo se integra una estrategia de clasificación de imagen en modalidades. Se desarrolla una técnica de aprendizaje semi–supervisado junto con una estrategia de “crowdsourcing” para lidiar con la desigualdad en el número de imágenes por clase (no existe el mismo número de ejemplos de imágenes en todas las modalidades).
Así se extrae toda la información de los artículos científicos contenidos en la base de datos a utilizar y de las imágenes contenidas en esos artículos. De este modo, cuando se utiliza el sistema se hace una consulta sobre un caso médico (con la información recopilada sobre el paciente, sus síntomas y los resultados de las pruebas de diagnóstico realizadas incluyendo imágenes) se pueden buscar artículos relevantes para su diagnóstico. Para ello se extrae la información textual y visual de la consulta utilizando los mismos métodos que se han utilizado para extraer la información de la base de datos. Así se puede comparar con la información guardada y recuperar como resultado la información más similar y, por tanto, los artículos relevantes.

Conclusiones


Este trabajo puede potencialmente ayudar al personal sanitario a tomar decisiones sobre diagnósticos difíciles, mediante el sistema de búsqueda de información basado en casos Shangri-La. El principal objetivo de este trabajo es hacer disponible, además de la información textual, la información visual contenida en los casos médicos. Una web simple como Shangri-La facilita las búsquedas a los usuarios a la hora de trabajar e interactuar con datos que contienen texto e imágenes.

El artículo completo se puede encontrar aquí.


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miércoles, 21 de junio de 2017

Los soldados zombies existen, pero solamente entre los escarabajos

Aunque parezca un titular de película de ciencia ficción de serie B, no lo es. Los “zombies” existen, se llaman “insectos zombies” aquellos insectos que son infectados por un hongo patógeno o parásito que altera su comportamiento y morfología para beneficiarlo, y acabar matando al insecto. De hecho, este fenómeno no existe únicamente entre los insectos, ¡también existe entre los humanos! Aunque no de forma tan marcada, un ejemplo es la toxoplasmosis que afecta  a los gatos y a otros mamíferos, y que llega a infectar a los humanos. Incluso este parásito se considera que altera el comportamiento de los ratones (hacen que sean más lentos  más "suicidas" para que sean más fáciles de ser comidos por los gatos y así contagiarlos) e incluso puede que hasta el comportamiento de los humanos, provocando que sea más proclive a enfermedades mentales y que sientas más atracción por los gatos y esto ayuda al parásito a seguir colonizando humanos y gatos (pero no quiero desviarme porque este no es el objetivo del artículo).

Estos tipos de parásitos “transforman” al hospedador (normalmente insectos) en un “zombie”, que acaba haciendo lo que le beneficia al hongo para poder seguir dispersándose, por ejemplo, les suelen obligar a subirse a lo alto de las flores para que atraigan a otros insectos y se peguen a ellos para contagiarle el hongo.
Científicos de la Universidad de Arkansas y de Cornell (Estados Unidos), acaban de publicar el descubrimiento de una nueva variedad de hongos “zoombizantes” de insectos en la prestigiosa Journal of Invertebrate Pathology. Concretamente han descubierto que un hongo llamado Eryniopsis lampyridarum es capaz de infectar al “escarabajo soldado Goldenrod”, perteneciente a la familia de los coleópteros, Chauliognathus pensylvanicus, ¡¡y transformarlo en zombies!!

¿Cómo lo hicieron?

En 1996, en la Universidad de Arkansas, encontraron gran cantidad de escarabajos soldados Goldenrod (como los de la imagen, la de abajo, obviamente ;) ) pegados por las mandíbulas a unas flores llamadas Aster pilosus. Las alas estaban abiertas y tenían todo el cuerpo cubierto por un hongo (como el de la imagen). Además, alrededor de estos escarabajos infectados y aparentemente muertos, había multitud de escarabajos de la misma especie alimentándose del polen de esa misma flor. Además, se observaron varios grupos de escarabajos sanos copulando con estos escarabajos infectados por el hongo.
Resultado de imagen de Chauliognathus pennsylvanicus
Escarabajos soldados Goldenrod sin infectar
Insecto zombie infectado 
A ver este efecto tan curioso, lo que hicieron estos científicos fue recolectar a varios de estos insectos, tanto sanos como infectados, y observarlos en el laboratorio, observando su comportamiento durante varios años, hasta el año 2016, que pudieron concluir que el comportamiento de los escarabajos era debido al hongo.
Finalmente llegaron a la conclusión que este hongo modificaba el comportamiento de los escarabajos, obligándolos a volar a la flor, morder la flor, y dejar abiertas las alas para atraer a otros escarabajos a copular con ellos y así contagiarles el parásito.

Conclusiones

Aunque parezca que estamos hablando de un guión de una película de terror, el caso de los insectos zombies es un hecho no tan raro en la naturaleza. Esto nos ayuda a darnos cuenta que la ciencia aún tiene mucho que enseñarnos y sorprendernos, por lo que ¡muchas veces es mejor leer sobre ciencia que ver una película de terror!
Autor de insecto sin infectar: Mrs. Gemstone (https://www.flickr.com/photos/gemstone/6176909778   CC BY-SA 2.0)
Autor de la imagen del insecto infectado: cotinis (https://www.flickr.com/photos/pcoin/5021492107  CC BY-NC-SA 2.0)


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martes, 13 de junio de 2017

Descubren cómo las micorrizas ayudan a las plantas a combatir la sequía.

Ante el escenario de cambio climático, la agricultura se ve cada vez más afectada por sequías pronunciadas. La presencia en el suelo de micorrizas (asociaciones entre hongos del suelo y las raíces de las plantas, presentes en todos los ecosistemas naturales), puede ayudar a aliviar los efectos de la falta de agua en los cultivos. Las plantas micorrizadas mejoran la captación agua y nutrientes del suelo, además de estar más protegidas frente al daño oxidativo producido durante el estrés hídrico (sequía). Recientemente sabemos que las micorrizas también modifican y mejoran la capacidad de transportar agua en la raíz.
Las acuaporinas son proteínas presentes en todos los organismos vivos (también en humanos) que forman canales en las células, transportando agua y otros compuestos (Dióxido de Carbono, urea, Silicio, Boro, glicerol…). La regulación de las acuaporinas (el aumento o disminución de estas proteínas en las membranas) es esencial para que la planta mantenga un balance de agua adecuado para su funcionamiento.
La micorriza (como las que se pueden ver en las imágenes de este artículo) es capaz de modificar la cantidad y/o la funcionalidad de las acuaporinas para regular el transporte de agua en la raíz, aumentando la tolerancia a la sequía. Por eso, entender cuáles son las acuaporinas clave que la micorriza regula en condiciones de sequía es esencial para entender cómo el hongo actúa para mejorar la tolerancia al déficit hídrico y podría aplicarse en futuros estudios de mejora genética.


En mi grupo de investigación en la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) en Granada (España) acabamos de publicar un artículo en la prestigiosa revista Frontiers in Pant Science donde arrojamos algo de luz a este sistema tan interesante de micorrizas. 

¿Cómo lo hicimos?

Se inocularon dos variedades de maíz (una tolerante y otra sensible a la sequía) con un hongo formador de micorrizas (Rhizophagus irregularis o también llamado Glomus intraradices). Después de mes y medio de crecimiento en macetas de 1 L, la mitad de las plantas se sometieron a sequía (limitando el aporte de agua) durante dos semanas, simulando una sequía severa.
Tras la cosecha, se analizaron distintos parámetros fisiológicos que nos dan una idea del estado de la planta (peso, estado de sus membranas, estado del aparato fotosintético, acumulación de especies reactivas del oxígeno,…)
Además se analizó cómo se regulan las acuaporinas de maíz (existen 36 acuaporinas en maíz, de las cuales se analizaron 16 por estar reguladas por la micorriza) en ambas variedades y en las distintas condiciones (sequía y normalidad, con y sin micorrizas) utilizando la técnica de la Reacción en Cadena de la Polimerasa en tiempo real (del inglés qRT-PCR). Mediante esta técnica es posible cuantificar la expresión génica de forma relativa de un gen frente a otro gen normalizador que se expresa constitutivamente, es decir, los genes que se "encienden" y se "apagan" cuando se pone a la planta en diferentes condiciones. De esta forma, podemos averiguar si un gen se está induciendo o reprimiendo en nuestras condiciones de estudio.

Conclusiones

En este estudio se vio que, el efecto positivo de la micorriza frente a la sequía es mayor en una variedad de maíz sensible a la sequía con respecto a una variedad tolerante, posiblemente porque la planta tolerante ya tiene sus propios mecanismos de defensa frente al estrés.
Además, se descubrió que un mayor número de acuaporinas (9 de ellas) estaba regulado durante la sequía en la variedad sensible cuando la planta estaba micorrizada que en la variedad tolerante (solamente 3 de ellas). Esta mayor regulación (principalmente su represión) podría ser la forma que tienen estas plantas de evitar la pérdida de agua. Es más, la micorriza parece que interfiere o ayuda a la planta a "hacer funcionar" estas acuaporinas, lo que podría ser clave para esta ayuda que le da a la planta.
Es decir, en este artículo hemos identificado los sistemas mediante los cuales las micorrizas son capaces de hacer que un cultivo aumente su tolerancia a la sequía, lo que es muy importante en una agricultura en la cual la falta de agua ya está siendo un gran problema.

Este artículo ha sido escrito por la colaboradora de nuestro blog "artículos científicos para no científicos", que también es autora principal del artículo del que habla el blog:
Gabriela Quiroga García, investigadora predoctoral.
Estación Experimental del Zaidín (CSIC), Granada (España).


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miércoles, 7 de junio de 2017

Nuevo estudio con isótopos radioactivos muestra cómo se alimentaban las primeras ciudades de la historia

La aparición de los primeros centros urbanos representa uno de los momentos más interesantes de la historia de la humanidad, y uno de los que más difíciles de estudiar (porque hace muuuucho tiempo de esto, y los restos son muy limitados).
Un estudio publicado el pasado lunes en la prestigiosa revista Nature Plants, demuestra cómo la agricultura extensiva provocó y permitió la aparición de las primeras ciudades en el norte de Mesopotamia.
Hasta ahora se pensaba que el desarrollo de las primeras ciudades se consiguió por el desarrollo de técnicas agrícolas intensivas, con fertilización y riego de pequeñas zonas con altos rendimientos para la época, pero muy trabajadas. Sin embargo, actualmente la alimentación mundial se sostiene fundamentalmente por la agricultura extensiva, ¿pero cuándo comenzó esta agricultura extensiva? Tal vez desde antes de lo que se pensaba.

¿Cómo lo hicieron?

En este estudio se han utilizado isótopos radiactivos estables de carbono ( δ13C) y de nitrógeno (δ15N) para averiguar algo más de la agricultura de las primeras grandes sociedades organizadas del planeta. Estos isótopos son, a grandes rasgos, átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en número másico. Gracias a esta ligerísima diferencia entre número de neutrones de compuestos orgánicos se pueden conocer desde la antigüedad de unos restos hasta cómo se cultivaron diferentes cultivos.  
Usando los valores de δ13C y δ15N de restos de cultivos (276 muestras de granos de cereales carbonizados y 44 muestras de semillas) encontrados en sitios arqueológicos de Tell Sabi Abyad, Tell Zeidan, Hamoukar, Tell Brak and Tell Leilan (6500–2000 años antes de Cristo) consiguieron deducir que prácticas tan actuales como la fertilización y el manejo del agua para el riego formaban una parte importante de la agricultura que se practicaba en el milenio 7 antes de Cristo.

Concretamente, se ha podido determinar porque los valores del δ15N en cereales que han sido fertilizados, aumenta un 10% respecto a los que no lo han sido, además varían en función del tipo de abono (residuos caseros o compost o heces de ganado). Por otra parte, el δ13C nos puede dar mucha información sobre el agua que tenía el cultivo que se ha recogido. Es decir, los granos que tenían más agua  (los que fueron regados) tenían mayor cantidad de δ13C, que los que no fueron regados (en agricultura extensiva, antiguamente no se regaban los cultivos extensivos). De esta forma han podido saber qué cultivos han sido regados y abonados (agricultura intensiva) frente a los que no lo fueron (agricultura extensiva).
Con estos datos, combinándolos con la localización de las antiguas ciudades de Mesopotamia, con los datos arqueológicos de estas ciudades y asentamientos (densidades de poblaciones, tamaño… ) y el análisis de la procedencia de los diferentes granos (trigo, cebada, lentejas, guisantes…), los científicos han podido trazar un mapa de la relación entre las sociedades de hace 9 milenios y la agricultura que practicaban.

Conclusiones.

Gracias a esta investigación se ha visto cómo, aunque en los primeros centros urbanos se aplicaban prácticas de agricultura intensiva, se tuvo que pasar de una pequeña agricultura intensiva a una agricultura extensiva. Esto se tuvo que hacer para poder alimentar a las poblaciones de las ciudades que comenzaban a crecer mucho, influyendo en el desarrollo de nuevas formas de centralización política y burocrática. También se ha visto en este estudio que tanto la agricultura intensiva como la extensiva se combinaron en las primeras ciudades de las historia para poder dar de comer a tanta población que estaba creciendo de forma inédita en la historia de la humanidad.
Es decir, sin agricultura ¡¡no hubiera habido civilizaciones ni el resto de las ciencias ni arte ni nada!!
PD: Permítanme esta última licencia poética e imparcialidad debido a mi profesión como ingeniero agrónomo e investigador en el campo de a agricultura ;).

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martes, 30 de mayo de 2017

¿Sabes diferenciar una noticia con base científica de una pseudocientífica o falsa?

Uno de los grandes problemas que tiene la ciencia hoy en día es su lado oscuro, la pseudociencia. Contra toda expectativa, internet, en lugar de ayudar a la difusión de la ciencia, ha ayudado a difundir la pseudociencia.
Actualmente cualquiera que quiera escribir cualquier mentira puede hacer que ésta tenga una apariencia verídica y se transforme en viral simplemente con hacer un video bonito, un artículo con apariencia científica o imagen impactante. 
En el blog mucha gente se ha puesto en contacto conmigo pidiendo que les diga si alguna noticia tiene base científica, y me he dado cuenta que muchas veces es complicado diferenciarlas, porque hay algunas muy elaboradas. 
El objetivo de este artículo no es definir la diferencia entre ciencia y pseudociencia, para eso existen muchos otros artículos, como podéis ver en este link

A continuación os voy a dar algunos trucos muy sencillos que yo uso para darle credibilidad a una noticia y que aunque no son infalibles, te dará más confianza a la hora de creerte una noticia y difundirla sin que nadie te pueda tachar de crédulo (o de algo peor):

1. No creas que nada es absolutamente cierto e irrefutable. La base del método científico es que no hay verdades inmutables, sino que todo se puede refutar mediante la hipótesis, experimentación y observación.  Pero hay bases científicas que tienen tantas evidencias que es prácticamente imposible de cambiar (la tierra NO es plana, punto).

2. ¿La noticia hace referencia a un artículo científico publicada en una revista científica de prestigio? ¿Cómo saber si una revista científica es de prestigio? En general (aquí habrá puristas que lo critiquen, pero vamos a lo sencillo) éstas están incluidas en un ranking llamada Journal Citation Reports, donde las evalúan todos los años y se les da una puntuación (índice de impacto) (existen otros rankings, pero este es el más habitual). Habitualmente, cuanto mayor es este índice, más fiable es la revista. No vale con que lo diga la Universidad X, si no está publicada en revistas internacionales, no te fíes. Hay instituciones que se hacen pasar por universidades para publicar artículos sectarios (prefiero no poner ejemplos concretos).

3. ¿Este artículo científico aparece en la noticia con su link y es fácil de acceder a él en el caso que quieras contrastar la información? Si no existe ese link, o el link te manda a otra noticia, y esta a otra noticia… directamente no te lo creas.

4. Si manejas el inglés, siempre es bueno leer el artículo original. Muchas noticias de internet interpretan de forma falsa el artículo al que hacen referencia (si os interesa mucho, me lo podéis mandar y me ofrezco a intentar explicároslo).

5. ¿En cuantos individuos se ha hecho el experimento? A veces, en revistas de bajo índice de impacto aparecen artículos describiendo un experimento realizado en muy pocas personas/animales/ensayos. Es decir, si lees que en un experimento se han analizado 10 personas, no te lo creas, si han hecho el experimento en 10.000 personas, puedes empezar a creértelo. Si lo hacen en animales o en células in vitro, puede ser un avance interesante, pero puede que al pasar a humanos o a gran escala no funcione. 

6. Si es una noticia muy impactante (la vacuna contra el SIDA, la cura del cáncer, la energía limpia definitiva…. ) contrástala, ese tipo de descubrimientos/avances se dan una vez en la historia.

7. ¿Te quieren vender un producto milagroso relacionado con esa noticia aparentemente científica impactante? Desconfía.

8. En general los avances científicos no vienen de un artículo aislado, sino de un conjunto de artículos que llegan a los mismos resultados. Es decir, si lees que un anciano del Tíbet ha encontrado la solución de los problemas del mundo… desconfía.

Espero que estos pasos os ayuden a diferenciar una noticia con base científica de una falsa. Y un último consejo, en caso de duda, no difundáis una noticia.

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Artículos científicos para no científicos

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